第一篇-建筑热工学资料课件

第一篇建筑热工学主要内容；主要内容；一般工业与民用建筑的热工设计：一般工业与民用建筑的热工设计：建筑建筑保温保温保温保温设计、设计、防潮防潮防潮防潮设计、设计、防热防热防热防热设计、建筑设计、建筑节能节能节能节能设计。设计。基本内容：基本内容：围护结构传热、传湿的基本原理和计算方法。围护结构传热、传湿的基本原理和计算方法。国标和规范：国标和规范：民用建筑设计规范（民用建筑设计规范（GB5017693GB5017693）建筑气候区划标准（建筑气候区划标准（GB5017893GB5017893），），民民用用建建筑筑节节能能设设计计标标准准（采采暖暖居居住住建建筑筑部部 分分）（GBJ2495GBJ2495）等。等。第一章建筑热工学基础知识1.1建筑中的热传现象1、围护结构的作用：防热御寒、使室内形成舒适的热环境。2、热量的传递方式：辐射 对流 导热辐射、对流太阳辐射导热辐射对流导热辐射对流辐射对流对流导流辐射室内供暖设备在室内的热交换辐射传热指热量以电磁波的形式把热量由一个物体传向另一个物体把的 现象。对流传热指流体与流体之间、流体 与固体之间发生相对位移时所产生 的热量交换现象。导热指同一物体内部或两物体之间 由于分子热运动，热量由高温处向低温处转换的现象。温室效应n n温室效应是指当热辐射由不同温度物体产生的时候，它的属性产生差异的一种结果。如图所示，高温的太阳发出短波辐射，可以通过大气层和玻璃。在温室或其他建筑物的内部这些热量被物体吸收，然后这些物体回发出再辐射热。因为温室内部的物体处于比太阳低的温度，因此长波辐射热无法穿透玻璃。于是这些再辐射热就会被困在室内并且使得温室内部的温度升高。太阳的短波辐射通过玻璃传送长波辐射被困在玻璃内部300K6000K室内物体吸收并再辐射热能1.2围护结构传热基础知识一、导热在不同的物质中导热的机理的区别：在气体中是通过分子做无规则运动时互相碰撞碰撞而导热；在液体中是通过平衡位置间隙移动着的分子振动分子振动引起的；在固体中除金属外，由平衡位置不变的质质点点振振动动引起的，金属中主要是通过自自由电子的转移而导热。由电子的转移而导热。1、温度场、温度梯度和热流密度温度场、温度梯度和热流密度（1）、温度场一般情况下，温度是空间坐标x、y、z和时间的函数，即：t=f（x、y、z、）某时刻物体内各点的温度分布状况温度场。（2）温度梯度等温面：温度场中同一时刻由温度相同的各点连 成的面叫做等温面。温度梯度：温度差t与沿法线方向两等温面之间的距离n的比值的极限，叫温度梯度。即：ngt等温面示意图n n热流密度热流密度q：单位时间内，通过等温面上单位面积的热量称为热流密度。（W/m2)Q=qF2、傅立叶定律匀质材料物体内各点的热流密度与温度梯度的大小成正比，即：其中 是比例常数材料的导热系数。负号表示热量传递只能沿着温度降低的方向而进行。3 3、导热系数：、导热系数：指当温度梯度为10C/m时，在单位时间内通过单位面积的导热量。即：W/mk导热系数大，表明材料的导热能力强。影响导热系数数值大小的因素：材料的 种类、结构成分、密度、湿度、压力、温度等。种类、结构成分、密度、湿度、压力、温度等。导热系数的大小：金属最大金属最大 =2.2 =2.2420420非金属和液体次之非金属和液体次之 =0.07 =0.070.70.7气体为最小气体为最小 =0.006 =0.0060.60.6隔热材料隔热材料 0.25 0.25。建筑材料和绝热材料建筑材料和绝热材料 =0.025 =0.0253 3导热系数与温度的关系导热系数与温度的关系:其中：其中：0 0为为0 00 0C C时的导热系数；时的导热系数；b b为实验测定的常数。为实验测定的常数。二、二、对对 流流 对流的原因：n n（1）流体有温度差自然对流；n n（2）流体因受外力作用受迫对流。牛顿公式（确定表面对流换热量）牛顿公式（确定表面对流换热量）q qC C=C C（t-t-）q qC C对流换热强度，对流换热强度，W/W/;t t流体的温度，流体的温度，C C0 0；C C对流换热系数，对流换热系数，W/W/K;K;固体表面温度，固体表面温度，C C0 0。1、自然对流表面类型垂直表面水平表面（热流由下而上）水平表面（热流由上而下）2、受迫对流：内表面外表面三、辐射：三、辐射：辐射传热的本质辐射传热的本质：辐辐射射传传热热的的本本质质是是以以电电磁磁波波传传递递热热能能的的。温温度度高高于绝对零度的物体都能发射辐射热。于绝对零度的物体都能发射辐射热。1 1、物体的辐射特性：、物体的辐射特性：1 1）分类）分类 按物体的辐射光谱特性按物体的辐射光谱特性黑体黑体：能发射全波段的热辐射，在相同的温度条件下，能发射全波段的热辐射，在相同的温度条件下，辐射能力最大。辐射能力最大。灰体：灰体：其其辐辐射射光光谱谱具具有有与与黑黑体体辐辐射射光光谱谱相相似似的的形形状状，且且对对应应每每一一波波长长的的单单色色辐辐射射力力，与与同同温温度度同同波波长长的的黑黑体的的比值体的的比值为一常数。为一常数。即：称为发射率或黑度非灰体：只能发射某些波长的辐射线。E123黑体、灰体、非灰体单色辐射的对比1黑体；2灰体；3非灰体其中（2 2）斯蒂芬）斯蒂芬）斯蒂芬）斯蒂芬波尔兹曼定律：波尔兹曼定律：波尔兹曼定律：波尔兹曼定律：黑体和灰体的全辐射能力与其表黑体和灰体的全辐射能力与其表面的绝对温度的四次幂成正比面的绝对温度的四次幂成正比 即：即：其中：其中：CC物体的辐射系数，物体的辐射系数，W/m W/m2 2k k4 4 TT物体表面的绝对温度，物体表面的绝对温度，K K黑体的辐射系数黑体的辐射系数C Cb b=5.68=5.68，灰体的辐射系数，灰体的辐射系数CC比值比值称为发射率或黑度称为发射率或黑度温度不同时，其光谱中的波长特性也不同，温度增加，短波成温度不同时，其光谱中的波长特性也不同，温度增加，短波成分增强。分增强。T T为物体表面的绝对温度，为物体表面的绝对温度，K K。2、物体表面对外来辐射的吸收与反射特性任任何何物物体体不不仅仅具具有有本本身身向向外外辐辐射射的的能能力力，而而且且对对外外来来的的辐辐射射具具有有吸吸收收性性和和反反射射性性，某某些些材材料料还还有有透透射射性。（绝大多数建筑材料对热辐射不透明）。性。（绝大多数建筑材料对热辐射不透明）。（1 1）、）、对不透明表面的反射和吸收：对不透明表面的反射和吸收：投投射射至至不不透透明明材材料料表表面面的的辐辐射射能能，一一部部分分被被吸吸收收，一部分则被反射。一部分则被反射。r+r+=1=1吸收系数吸收系数被吸收辐射能被吸收辐射能I I与入射能与入射能I I之比；之比；反射系数反射系数rr被反射辐射能被反射辐射能I Ir r与入射能与入射能I I之比。之比。（2）、材料对热辐射的吸收和反射性能，只要取决于表面的颜色、材性和光滑平整程度；对于短波辐射颜色起主导作用；对于长波辐射材性起主导作用。（材性是指导电体还是非导体）IIr不透明表面的反射和吸收3、物体之间的辐射换热：（1 1）空空间间任任意意两两个个相相互互分分离离的的物物体体，彼彼此此 间间就就会会产生辐射换热产生辐射换热（2 2）两两表表面面间间的的辐辐射射换换热热量量主主要要取取决决于于表表面面的的温温度度、表面发射和吸收辐射的能力、相互之间的位置。表面发射和吸收辐射的能力、相互之间的位置。Q Q Q Q1 1 1 1，2 2 2 2=r r r r（1 1 1 12 2 2 2）FFFF 或或或或 q q q q1,21,21,21,2=r r r r（1 1 1 12 2 2 2）其中其中r r辐射换热系数，辐射换热系数，W/W/（K K）1与2表面之间的辐射换热1表面2表面1表面吸收外来辐射2表面吸收外来辐射1表面向外辐射2表面向外辐射“1”表面辐射散热”，“2”表面辐射得热表面的辐射换热四、围护结构的传热过程：通过围护结构的传热经过的三个过程：1、表面吸热内表面从室内吸热（冬季），或外表面从室外空间吸热（夏季）；2、表面放热外表面向室外空间散发热量（冬季），或内表面向室内散热（夏季）以上两项可以统称为表面换热；3、结构本身传热热量由高温表面传向低温表面。放热te吸热传热tii00Ce围护结构传热过程表面总换热量是对流换热量与辐射换热量之和，即：表面总换热量是对流换热量与辐射换热量之和，即：q=qq=qC C+q+qr r=c c（-t-t）+r r（-t-t）=（c c-r r）（）（）（）（-t-t）=（-t-t）其中：其中：qq表面换热量，表面换热量，W/W/；表面换热系数，表面换热系数，=C C+r r，W/W/KK；壁面温度，壁面温度，0 0C C；tt室内或室外气温，室内或室外气温，0 0C C。1、表面换热（表面吸热和放热的总称）2、结构传热：（1 1）、热流强度：）、热流强度：W/W/式中：式中：材料的导热系数，材料的导热系数，材料的导热系数，材料的导热系数，W/W/（mkmk）；）；）；）；dd/dx/dx温度梯度，温度梯度，温度梯度，温度梯度，k/mk/m。（2 2）分类：）分类：稳定传热：稳定传热：当平壁两侧的温度当平壁两侧的温度i i和和e e不随时间变化时，不随时间变化时，此种传热称为此种传热称为“稳定传热稳定传热”。dx0 xdqxq平壁一维导热模型X不稳定传热：平壁的各截面温度和通过各截面的热流都随时平壁的各截面温度和通过各截面的热流都随时间而变，此种传热称为间而变，此种传热称为“不稳定传热不稳定传热”。影响不稳定传热的因素除导热系数外，材料的影响不稳定传热的因素除导热系数外，材料的的比热的比热C C和容重和容重对传热过程有更重大的影响，对传热过程有更重大的影响，（三种材性的综合影响）。（三种材性的综合影响）。材性的导温系数材性的导温系数：被称为被称为热扩散系数热扩散系数(三种材性的综合影响三种材性的综合影响)。当平壁一个表面温度当平壁一个表面温度 （如图中（如图中i i）作升降变化时，）作升降变化时，表征这种变化向内壁传播的表征这种变化向内壁传播的快慢程度快慢程度。越大，越大，则传播得越快；则传播得越快；越小，则越慢。越小，则越慢。1.3湿空气的物理性质一、定义：干空气，湿空气湿空气=干空气+水蒸气干空气容纳水蒸气的含量有一定的限度：在温度和压力一定的条件下，一定容积的干空气所能容纳的水蒸气量是有一定限度。未饱和湿空气：当水蒸气的含量尚未达到一定限度时，该湿空气叫作未饱和湿空气。饱和湿空气：达到这一限度的湿空气叫做饱和湿空气。过饱和湿空气：水蒸气将凝结成液态水析出。二、道尔顿定律：1、道尔顿定律：未饱和湿空气压强的规律：湿湿空空气气的的压压强强等等于于干干空空气气的的分分压压力力和和水水蒸蒸气气分分压力之和，即：压力之和，即：P PWW=P=Pdd+P+P P PWW湿空气的总压力，湿空气的总压力，PPd d干空气的分压力，干空气的分压力，PP 水蒸气的分压力。水蒸气的分压力。+=干空气干空气水蒸气水蒸气湿空气容积容积VVV压强压强PdPPW=Pd+P2、饱和状态的湿空气中的水蒸气的压力“饱和蒸气压”Ps：（1）标准大气压力下，不同温度时的Ps：在一定的大气压下，湿空气的温度越高，其一定容积中所能容纳的水蒸气优越多，因而水蒸气所呈现的压力越大例如：在标准大气压下不同温度下的饱和水蒸气分压力Ps值：t（0C）Ps（Pa）0610.65871.9101227.9151703.9202337.1253167.7温度上升，Ps升高，水蒸汽含量越高。（2）、在气温一定时，水蒸气分压力随绝对湿度成正比例变化；绝对湿度f一定时，水蒸汽分压力随绝对温度成正比例变化：P=0.461Tf（3）、P与f成正比例，PS与fmax成正比例，相对湿度的另一表示方式：=P/PS1000/0式中：P空气的实际水蒸气分压力，Pa；PS同温度下的饱和蒸汽压，Pa。三、空气湿度：空气湿度（空气湿度（ff）描述空气的干湿程度描述空气的干湿程度11、绝对湿度：、绝对湿度：（ff）每每立立方方米米所所含含水水蒸蒸气气的的重重量量。f f 与与P P对对应应（g/mg/m3 3）饱和状态时饱和状态时f fmaxmax 22、空气的相对湿度（、空气的相对湿度（0 0/0 0）（1 1）、）、一定温度，一定大气压力下，湿空气的绝对一定温度，一定大气压力下，湿空气的绝对湿度湿度f f，与同温同压下的饱和蒸汽量，与同温同压下的饱和蒸汽量f fmaxmax的百分比，的百分比，即：即：（4）、绝对湿度相同而相对湿度不同）、绝对湿度相同而相对湿度不同：f相同不同的居室参数名称参数名称A室室B室室 参数名称参数名称A室室B室室室内气温室内气温t0C1810实际蒸汽压实际蒸汽压P(Pa)相对湿度相对湿度1261.061.1226.499.9绝对湿度绝对湿度fg/m39.49.4饱和蒸汽压饱和蒸汽压PS(Pa)2062.51227.9四、露点温度：1、温温温温度度度度压压压压力力力力一一一一定定定定条条条条件件件件下下下下，绝绝对对湿湿度度一一定定的的空空气气中中所所含含水水蒸蒸汽汽量量是是一一定定的的，因因而而其其实实际际水水蒸蒸汽汽分分压压力力P P也也是是一一定定的的。其其所所能能容容纳纳的的最最大大水水蒸蒸汽汽含含量量以以及及与与之之对对应应的的最最大大水水蒸蒸汽汽分分压压力力P PS S也也都都是是一定一定的，相对湿度的，相对湿度也是也是一定一定的。的。2、水水蒸蒸汽汽含含量量不不变变，用用干干干干热热热热法法法法加加热热升升温温，在在加加热热过过程程中中既既不不增增加加也也不不减减少少空空气气中中水水蒸蒸汽汽的的含含量量，也也就就是是保保持持P P值值不不变变，相相对对湿湿度度随随之之变变小小。即：即：TTPPSS ；TT PPS S 。3、露点温度：当温度T下降到某一特定值时，PS小到与P值相等，则相对湿度为=100，本来是不饱和的空气，终于因室温下降而达到饱和状态，这一特定温度称为该空气的“露露点点温温度度”t”td d。其物理意义为空空气气中中的的水水蒸蒸汽汽开开始始出出现现结结露露的的温温度。度。例题：例题：用干湿球温度计测得某采暖居室气温ti=180C,相对湿度=61.1,试求该居室空气的露点温度td。【解解】首先要求出该居室的实际水蒸汽分压力P。查附录2，知当t=180C时，饱和蒸汽压 PS=2062.5Pa，可求出P为 P=PS=2062.50.611=1260Pa 当该室气温降到PS=1260Pa时所对应的温度，即 为 该 点 的 露 点 温 度。从 附 录 2中 查 得PS=1260Pa对应的露点温度为：td=10.40C1.4室内热环境一、建筑环境1、室内环境室内物理（生理）环境：室内热环境、室内声环境、室内光环境、室内空气质量等。室内心理环境。2、室外环境。3、室内热环境构成要素：室内热辐射、室内气温、室内空气湿度、室内风速。二、室内热环境要素分析：1 1、室内热辐射、室内热辐射（1 1）、平平均均热热辐辐射射温温度度：在在要要求求较较低低的的状状态态下下可可以以用用此此 式（不考虑风速情况下）式（不考虑风速情况下）(2)、用黑球温度换算；黑色铜皮球D=150mm温度计黑球温度计测出球中心的温度测出球中心的温度t tg g测出空气温度测出空气温度tta a 用经验公式用经验公式Tmrt=tg+2.4v0.5（tg-ta）其中其中V V为风速。为风速。2、室内气温：按使用要求规定：冬天160C220C，采暖温度为180C，幼儿园室内气温为200C；夏天有空调温度为240C280C。这些温度称为计算温度。3、室内湿度：（影响人体的蒸发散热）适宜湿度：=5060气温160C250C，=3070变化对人体的影响不大。当30，空气干燥；夏天：气温较高时，70，感觉闷热，（降低，吹风）。4、室内风速：对流蒸发换热一般v0.3m/s。因此夏天时，自然通风，室温较高，风速V可较大些，而当风速v1.3m/s，人体就感觉不舒适，上海、广州地区调查风速在0.3m/s1.0m/s,人体感觉舒适。三、人体热舒适要求：1、舒适感：建立在人体与周围环境的热交换：n nq=qm-qe qr qc其中：qm人体产热量，W；qe人体蒸发散热量，Wqr人体辐射散热量，Wqc人体对流换热量，Wq人体得失的热量，W；辐射换热qr人体产热qm对流换热qc蒸发呼吸qe人体与环境之间的热交换q=0 有各种组合，正常比例为：对流换热占总的散热量2530；辐射换热占总的散热量4550；呼吸蒸发散热占总散热量2530。人体有调节功能、有限度，根据人体调节功能限度将室内环境分为三类：舒适舒适 可以忍耐可以忍耐 不可忍耐不可忍耐四、室内热环境综合评价：1、影响室内环境因素多，具有综合性，相互补偿性，造成分析困难，各种人的要求，生活习惯不同。考虑物理因素，综合考虑主观感觉、生理反映、生活习惯，根据专家评价，定出标准国内外评价的主要指标。2、目前常用几种评价指标：（1）、作用温度评价：根据平均辐射温度、室内温度对人体的影响，从而确定指标。（2）、有效温度评价（Effective TemperatureET）：是是依依据据半半裸裸的的人人与与穿穿夏夏季季薄薄衫衫的的人人在在一一定定条条件件的的环环境境的的瞬瞬时时热热感感觉觉作作为为决决定定各各项项因因素素综综合合作作用用的的评评价价标标准准。把把气气温温、湿湿度度、气气流流速速度度三三者者对对人人体体的的影影响响（对对人人们们在在休休息息或或坐坐着着作作用用时时的的主主观观热热感感觉觉的的综综合合影影响），通过试验，确定指标。（主观评价，响），通过试验，确定指标。（主观评价，19231923年）。年）。有效温度的定标试验有效温度的定标试验 房房1 1=100=100房房 1 1 间间v vi i=0.1m/s=0.1m/s 间间v vi i t ti i每次每次实验变实验变一个一个 t ti i 均可变任意组合均可变任意组合（3）、新有效温度评价：n n在上述有效温度指标的基础上加上辐射热的作用修改为新有效温度指标。（1973）新有效温度ET与热感觉之间的关系：新新 有有 效效温温度度ETET（0 0C C）43434040 3535 3030 2525 20201515 1010主主 观观 热热感觉感觉允允许许上上限限酷酷热热炎炎热热热热稍稍热热适适中中稍稍冷冷冷冷寒寒冷冷 严严寒寒（4）、热感觉指标（房格尔，70年代提出PMVPPD）以以人人体体平平衡衡基基本本方方程程，心心理理生生理理感感觉觉主主观观感感觉觉作作为为基基础础来来确确定定舒舒适适程程度度，共共考考虑虑六六项项参参数数（四四个个热热环境要素，二个人体要素）。环境要素，二个人体要素）。应满足条件：应满足条件：1 1）、人体的热平衡）、人体的热平衡22）、皮肤温度感觉）、皮肤温度感觉33）、皮肤排汗引起的热损失）、皮肤排汗引起的热损失舒适程度的等级舒适程度的等级 热舒适平衡方程：热舒适平衡方程：Q Q*=Q=Qmm-Q-Qe e*QQ*r rQQC C8 8 该指标与热感觉之间的关系：PMV-3-2-10123热舒适热舒适寒冷寒冷冷冷稍冷稍冷适中适中稍热稍热热热炎热炎热 房格尔根据试验得出表示热感觉的PMV指数与热负荷L等因素之间的函数关系：1.5、建筑室内外环境的关系：一、室内外环境的相关性；一、室内外环境的相关性；室内热环境主要因素室内热环境主要因素气温、湿度、气流、辐射热气温、湿度、气流、辐射热。二、室外气象条件影响二、室外气象条件影响外扰动外扰动1 1、外外扰扰动动：室室外外气气温温、室室外外湿湿度度、太太阳阳辐辐射射强强度度（不不同同季季节节、不不同同时时间间日日照照的的长长短短），邻邻室室的的气气温温，风速、风向等。风速、风向等。2 2、影响的形式：、影响的形式：（1 1）、热热交交换换通通过过不不透透明明的的墙墙（围围护护结结构构）、门门、窗热交换；窗热交换；（2 2）、通过空气的热交换）、通过空气的热交换空气的渗透空气的渗透 Thank you拯畏怖汾关炉烹霉躲渠早膘岸缅兰辆坐蔬光膊列板哮瞥疹傻俘源拯割宜跟三叉神经痛-治疗三叉神经痛-治疗